Scanned Image

149 Pages·2017·10.26 MB·Indonesian

•
1UOASAKHJR
(KS 1701)
PENGARUH PEMAKAIAN COATING HASTELLOY-X
DAN Zr<>, TERHADAP EFISIENSI THERMAL
COMBUSTION CHAMBER TURBIN GAS
l
IT~:J
~SsP
33
62.~.81:;_
'J)so{
P-1
'2db!
DisusunOieb ~
DODIK PRASETYO U
NRP. 4296 100 037
JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN
FAKULTASTEKNOLOGIKELAUTAN
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NO PEMBER
SURABAYA.-_ _ ___ _
2001
.T. i.:~: •.
- .
LEMBAR PENGESAHAN
PENOARUH PEMAKAIAN COATING HASTELLOY-X
TERHADAP EFISIENSI THERMAL
DAN~
COMBUSTION CHAMBER TURBIN GAS
TUGASAKHIR
Dlajukan Guna MemenuhJ Salah Satu Syarat
Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Pad a
Jurusan TeknJk Slstem Perkapalan
Fakultas Teknologl Kelautan
lnatltut Telmologl Sepuluh Nopember
Surabaya
Surabaya, JulJ 2001
Menaetlhw / MeayetuJul
Dosen Pemblmbing
,r
1
I
•"
/t' '- _/
Ir. Aguk Zuhdl MF, MEng
NIP. 131 646 637
ABSTRAK
Oidalam ruang baJ..ar turbin gas tcmp.:ratur pcmbakaran adalah sangat tinggi
~chingga tidak mcnutup l..cmungkinan panas yang terbuang dari ruang bakar juga cui.. up
tinggi. hal ini diJ..arcnakan adanya aliran lluida gas panas )ang mengalir pada dinding
ruang b;tkar J..cluar. l ntuk mcnccgah pan as yang hilang ini maka salah satu jal•tn ) ang
dapat ditcmpuh adalah dcngan mclapisJ..an material lain yang mampu pada temperatur
tinggi pada dinding ruang bakar. Pelapisan material lain kedalam ruang baJ..ar turbin gas
adalah bertujuan untuk mcngurangi panas yang hilang umuk mencapai etisiensi turbin
)ang Pad;t pcrnbakaran dimaksudkan untuk menghasilkan
sebcsar-bc~arnya. pro~c~
kalor )ang bcsar bcrs.1maan dcngan pcmbangkitan panas yang tinggi umuk
mcnghasilkan kcrja. hila panas yang hilang tinggi maka sccara langsung efisicnsi turbin
gas akan rncnurun.
Pcngaruh pcnhtkaian kcr<tmik padtt ruang bakar wrbin gas akan mcningkmkan
tcmpcratur pcmbaknran dan thermal. Keramik yang digunakan untuk pclapi>an
ell~iensi
mblah jenis /.rO: dan IJnqcJioy -X. Pada kcnyatnannya dalam proses yang melibatkan
temperatur tinggi mcnunjukkan bnhwJ material yang mcnggunakan kerJmik jcnis ZI'0
1
adabh sangnt nh:rugikan. h.<trcn<~ jcni> h.cr,nnik ini mcmiliki bcbcrapJ kcrugbn
diantnranya mcmiliki kctahanan thermal yang rdatif rendah scdangkan kcramik jcnis
IIJstelloy-X banynk digunakan untuk lapisan pada material bcrtempermur tinggi. Olch
knrenJnya disini ak<llt dibandingk~m ~cbcr:1pa bcsar pcngaruh kcdua kcramik ini tllllllk
mcnghasilkan cli,icn~i turbin yang tinggi.
ii
KATA PENGANTAR
puii kepada I uhan Yesus Kristus yang telah membantu pcnulis tclah
S~gala
dapat men~ elesaibn I ugas Akhir ini.
l'cn~u,unan I uga~ Akhir ~ang berjudul ··J>£:-IGAHt;H I>Ei\IAKAIA 'I
COATii'\G 11,\STELLOY-X DA:"' Zr0 TERHAOAP EFISIE:-ISI TIIEHI\IAL
2
CO\IIIUSTIO'-' CIIAi\IBF:R OAR! TlRBii'\ GAS'' dimaksudkan untuk memenuhi
salah 'mu syarat nu:nyel~saikan studi di Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Fakullas
I eknologi Kclauwn ITS. Pcnghargaan ~ang setinggi-tingginya dan ungkapan rasa
tcrima ka>ih pcnuli, ~wnpaikan kep:uJa:
I. U.1pak l)r. lr. t\.t\. ;'.lasrocri. i'vlEng sdaku Ketua Jurusan feknik Sistcm
r:n:-1 rs
l'cl'bpal.lll
2. llapak Jr. /dam B,dlcr:uJby<th, MSc ;,claJ..u Dosen Wali sclama mcncmpuh ~tudi
sclama ini.
3. lla1lak lr. Aguk luhdi Mr. MEng sclaku Dosen Pcmbimbing yang tclah banyak
mcmhantu hingo:a tcrsclcsaibnnya Tugas Akhir ini.
~. 13apak d.111 lhu Sutri"w 'ckclu:trg;t atas dukunganmoralnya ;,ampai saat ini
5. Aapak llamhang ';nwisno. Ka. Scksi Tcknik Pemeliharaan f>PT .'vii GAS Ccpu
6. Bap:tk \\'ibowo. 1-.~. Scksi Utilities PI' J' MIG/1$ Cepu
7. Bapak s~mirJhJtja 13S .. Coordinator control room Power Plant Central Duri
8. Bapak Hcrry J. l'ocn,amo. Team l'v1anager Petani Balam FMT
9. BapJk >Jararuddin 13urhan. Coordinator Suppon Shop
10. t\rck-arck '96 I A angkatan Ill : Bambang"romeo"Hendrajaya. ~lade Hana''Bali".
'ardi"teman <CkJmar". ldnillah"kikil sapi". lwan"mbah ganteng 92"
Dan scluruh pih;~k ~ang naman~a bdum tcrscbut di atas. Pcnulis mcnyadari bah\\a
laporan ini masih _1auh d.ui scmpuma. untuk itu kritik dan saran dari para pcmbaca
sangat diharapl..•ln untul.. ,~mpunMn~a IJporan ini.
Sumbap, Juli 200 I
Pcnulis
aii
OAFTAR lSI
LF..I\IBAR PE~GESAIIAN
,\RSTRAK II
KATA PE 'GMt/TAR iii
O.HT\ R lSI i\'
DAFIARGA~IBAR DA GRAFIK \
vi
DAI-TAR TABEL OA"' BAGAN
BAB I J'f.NllAII(JLliA:-1
1.1 Latar Bclakang
1.2. Pcrumusan Masalah
I 3 Batasan P.:rmasalahan 3
1.4. Tujuan 3
1.5 Mantnm J'
1.6. Mctoddogi Pcnulisan ·' '
HAB If DASAR TEORI
II. I Peng.:nian Tcntang Udara 5
11.2. Viscositas Fluida 5
11.3 Ali ran Mampu Mampot 7
11.3.1. llubungan-hubungan Gas Scmpurna 7
11 3.2. Sif;u-sil:u Stagna~i didalam AIi ran Komprcsibel R
II. -I. Kcrja R.:vcrsibl.: pada Aliran Steady Compresiblc 9
11.5. All ran Fluida Selama Proses di dalam Turbin Gas 12
11.5.1 Ali ran Flu ida d1 dalam Komprcsor 12
11.5.2 Kcscimbangan Kalor didalam Ruang Bakar I-I
11.5.3. Proses Gas Panas Pada Turbin 15
11.6. Ruang Pcmbakaran (Combustion Chamber) 16
11.7. Teori Pembakaran 19
II 7.1. Pcmbakaran Sempurna 19
20
II 7.2 Energ1 yang Terbangl..it sclama Pembakaran
II 7.3. l:mhalp1 Pcmbcntukan 20
II 7 -1 Enth:1lp1 Pcmbakaran 21
11.8. H1gher and Lower lleaung Values 22
119. Enthalp1 23
Re:1k~1
24
11.10. Kcram1k sebagai Lapisan Ruang Bal..ar
24
11.10 I. Keram1k ZrO:
11.10.2 Sifat-sifat Mckanik Zr0 28
1
II. II. Kcramik llastelloy-X 30
BAB Ill PERIIITli:-IGA:-1 PEMBAKARAN DAN EFISIE~SI THERMAL
LH::~Gi\N Pf.l\IOOELAN Mi\TE.\JA TIS
111.1. Proses didalam Kompresor 31
Aerodinnmi~a
111.1.1. 'I cmpcratur Sdama Proses Kompresi 31
111.1.2. Kompn.:s1 lscntropik 32
Ill. 1.3. Efisicnsi lscntropi~ .''l)-
111.1.4. Mach Number Pada Compressible Flow 33
JILl 5. LaJu Allr Massa Rata-rata "'
,),)
Ill. 1.6. Kcrja Komprc~or 3-l
111.2 Keseimbangan Kalor d1dalam Ruang Bakar 3-l
Ill 2.1 Perpindahan Kalor Kon,eksl Adiabaus 34
111.2.2 Pcrpindahan Kalor Rad1asi ke Oindmg Ruang Bakar 36
111.2.3. Pcrpmdahan Kalor Ko0\el..s1 ke Pendmgm 36
Ill 2.4. Pcrpmdahan Kalor Rad1as1 kc Pcndingin 37
Ill 3 Proses Pemb:1karan d1 dalam Ruang Bakar 37
111.3.1 Excess Air 37
Ill 3 2 Excess A1r dan t-lethan:1 (CI L)~ 38
Ill 3.3. Excess 1\ir dari !.:thana (C2H,,)~ 38
111.3.4. Excess A1r dan Propana ((:,11,)~ 39
111.3.5 F.xcess A1r dari Rurana (C,IIw)~ 40
111.3.6 Excess Air dnri I kptana (C,I IJ,,)I 40
111.3. 7 Tempcnuur l'cmbakaran 42
111.3.8. Etisicnsi i'cn1bakaran 43
111.4 i'roduk l'cmbakarnn dan Kalor Pcmbakaran 43
111.4.1. l'cmbakaran Cll, 43
11!.4.2. Pembakaran C:ll. . 4-1
111.4.3. Pcmbakaran C,llx
·I~
11!.4.-l. Pembaknran (',11 -15
10
111.4.~. Pcmbakaran C,HI<· -15
111.5 Kehutuhan l khua Pcmbal..arun -16
11!.6. Pros.:s Ga~ Panas !'ada I urbin -17
111.6 I. Tcmpcratur Sclama Pro~.:~ lk~pans1 -17
111.6.2. Ekspansi lscmropik -17
Ill 6 3. L:.fisicnsi lscntrl"plk Gas Scmpurna ~8
11!.6 4. Mach Number Pada Compressible Flow 49
Ill 6.5. Laju 1\lir Massa Rata-rata 49
111.6.6. Kcrja Turbin 49
Ill 7. Rugi-rug1 Kalor 49
Ill. 7.1. Rugi Kalor Kduar Dmdmg Ruang Bakar 49
Ill 7.2 Rug1 Kalor Karena Ruang 50
Ga~
Ill 7 3 Rugi Kalor kar.:na P.:nguapan H~O 50
111.8. Kalor ~ang Bcnnanfaat 50
111.9. Kcrja Bcrsih )0
111.10. Elis1cns1 Thcnnal 50
Ill. l I Nila1 Kebenaran Pcrhitungan Efisiensi Thermal Matcmatis 51
BAB 1\' ANA USA 0Ai\ 1'£\18:\ IIASAN
I V.I. Kal ihras1
IV 2. Ann lisa Grofik I lastclloy-X dan ZrO, Pada Ketebalan 0.06 in (standar)
IV.3. Analisa Pcngaruh l:ncrg1 Loss Pada Hastelloy-X dan Zr0
2
IVA. Analisa P..:ngaruh K<.:t~:balan T~:rhadap F.lisicnsi Thcnnal
IV 5. An:llisa Pcngaruh L:ncrg1 Loss'[ crhadap Efisiens1T hermal
BAR V KESIMI'ULAN 59
60
DAFTAR I'USTAKA
LAJ\Il'IRA GRAFIK
L.-\.'III'IHAN TAUEL
LA.'III'IRA~ GA.'IIUAH
OAFTAR GAMBAR OA~ GRAFTK
Gambar I Pcrubahan hcntuk yang d1akibatkan tegangan geser yang konsant 6
9
Gambar 2 Kcadaan stagnasi i~cntropic
Gam bar 3 Diffuser dan no7zle untul.. ali ran compresibcl I I
Gambar -1 Ali ran gas panas keluar dinding ruang bakar I-I
Gambar 5 Tabcl unsur p.:no<hl.. .2,5
Gambar6 Struktur atom /.ircomum _)
75
Gam bar 7 Ruang bakar lap1san Hastelloy-X
Gambar 8 Ruang bal..ar lap1san Zr01 75
Gambar9 Pengaruh ion bcs1 tcrhadap l..cccpatan korosi ZrO: 55
Gralil. l Grafil., hubungan tekanan dan volume spesi lik 12
Grafik 2 Enthalpi pembcntukan Csll1" (liquid) dan C02 21
23
Grafik 3 Rcal.si cnthalpi bahan bakar C.H,~
27
Grail I. -l I cmp.:rutur pcmb;,:ntul..an Zr02
-13
Grallk 5 Prouuk rcmbakaran CH,
44
Gralik 6 Produl. pcmbal.aran C:ll,,
Grafik 7 l'roduk pcmbal..aran C_;!l~ 4~
45
Gralik 8 Produk pcmbakaran C,Hw
-15
Gralik 9 l'roduk pembakaran C1l 11r.
Gralik I 0 Pcrbond1ngan elhicns1 Vs daya aktual dan pemoddan matematis 62
Grnlik II l'crbandingan clisiensi thermal llastclloy-X dan Zr02 Kctcbalan 63
0 06 in (standard)
Gralil.. l ~ Pcngaruh cncrgi los$ tcrhadap t:li~icnsi th~rmal turbin gas lapisan
llastclloy-X dan ZrO:
GratH. 13 Pcngaruh l..ctcbalan k;,:ram1k terhadap efisiensi thermal laptsan 65
Hastclloy-X
Gralik 14 Pengaruh kctcbalan kcramik terhadap elisiensi thennallapisan ZrO: 66
Grafik 15 Pcrbandingan p.:ngaruh energ1 loss terhadap efisiensi thennal turbin 67
gas lapisan Hastelloy-X dan ZrO"
v
DAFTAR TABEL DAN BAGAl\
Tabcll Prosentasc excess air bahan bakar natural gas 41
rabd 2 Komposisi gas yang mcnmggalkan ruang bakar -II
Tabcl 3 Pcrbandmgan clisicnsi thennal aktual dan model matematis 51
Talxl4 Harga kest:taraan ctis1cnsi thermallapisan Hastelloy-X dan ZrO~ 57
Talxl 5 D.:' 1as1 cti~icns1 thennal pada keh::balan 0.052 in 58
Tabcl6 Efis1ens1 thennal dari turbin gas lapisan Hastelloy-X 70
I abel 7 Etis1cns1 thermal dan turbm gas lapisan ZrO: 72
Tabel 8 Pengaruh encrg1 loss pada turbm gas lap1san Hastelloy-X 73
74
Tabel9 Pcngaruh cnergi loss pada turbin gas lap1san Zr0
2
Tabel 10 Perbandmgan energt loss dan efisiensi thermal lapisan Hastelloy-X 58
dan Zr01
Bagan l Rcal..si pcmbu:uan zirconia dari zircon 26
27
Uagan 2 Mctodc prc:cip1tas• .mcon
TuJ4a.1· Akhit (KS 1701) Coat inK
BABT
J>ENOAHULUAN
1.1. Uttar Bclakanl!
Pembakaran adalah pcncampuran kimiawi rang melibatkan bahan bakar
dan udara dengan kompostsi tcrtcntu pada tcmpcratur tinggi yang tcrjadi didalam
n1ang bakar sccara tcnts-mcncrus. Pembakaran dapat juga berani bahwa tcrjadi
pcrubahan cn~rgi dari cncrgi kimia menjadi energi mekanik yang didalamnya
tcrdapat pcmb.u1gkitan sejumlah kalor w1tuk mcnghasilkan scjumbh energi
dalam. Pcmbangkitan kalor dalam ruang bakar akan dianalisa dcngan hukum-
hukum pcrpinclnh:t11 J..alor.
Tcmrcr<tltlr yang tcrjadi pada pcmbakaran adalah sangat tinggi s~hingga
tidal.. mcnulllp J..cmungkinan panas yang terbuang dari ruang bakar juga cukup
tinggi, hal ini dikarenakan adanya aliran fluida gas panas yang mcngalir pada
dinding ruang bakar kcluar. Untuk menccgah panas yang hilang ini maka salah
smu jalan yang dapat ditcmpuh adalah dcngan melapiskan material lain yang
mampu pada tem1xratur tinggi pada dinding ruang bakar.
Pclapb;mmatl!riallain k<!dalam ruang bakar khususnya ruang bakar turbin
gas adalah b..:riUJUan untuk mengurangi panas yang hilang untuk mencapai
clisicnsi turbin -van!! sl!bl!sar-besarnva Pada proses pcmbakaran dimaksudkan
'
~
untuk menghasilkan kolor yang besar bersamaan dengan pcmbangkitan panas
yang tinggi untuk menghasi lkan kerja, bila panas yang hi lang tinggi maka secm·a
langsung llll'bin gas akan lllt!nurun.
clisi~nsi